Михаил Гремяцкий - Как возникла и развилась жизнь на Земле
Все вещества, существующие в природе, можно разделить на две группы: на простые вещества и сложные. Сложные вещества — это те, которые составлены из двух или нескольких простых веществ.
Сложные вещества можно поэтому разложить на простые. Простые вещества — те, которые обычными химическими приемами не могут быть разложены на другие, более простые вещества. Эти неразложимые, простые вещества, входящие в состав всех существующих предметов, называются химическими элементами. Химических элементов насчитывается около 100, но из них лишь немногие входят в состав большинства окружающих нас вещей, а остальные встречаются в природе очень редко. Назовем важнейшие из химических элементов.
Водород. Это — очень легкий газ без цвета и запаха. Им наполняют воздушные шары, чтобы они могли подняться в воздух. Водород входит в состав воды (отсюда и его название), в состав животных и растений и многих других сложных веществ.
Кислород — другая составная часть воды, а также растений и животных. В чистом виде кислород — бесцветный газ, не имеющий запаха. Он находится в воздухе, составляя почти пятую часть его, и служит для дыхания. Немало кислорода входит в состав земной коры.
Азот — тоже газ, входящий в смеси с кислородом в состав воздуха. Четыре пятых части воздуха состоят из азота. Он представляет существенную составную часть животных и растений.
Углерод — важнейшая составная часть растений и животных. Чистый углерод встречается в природе в виде драгоценного камня — алмаза и в виде графита (из которого делают карандаши); много чистого углерода содержится в каменном угле.
Кремний входит в состав многих камней. В соединении с кислородом кремний находится в песке.
Фосфор входит в состав животных и растений. Особенно много его в костях и мозгу.
Сера тоже входит в состав растений и животных, а также многих руд. Встречается в природе и в чистом виде.
Хлор — удушливый газ зеленого цвета, употребляющийся на войне в качестве отравляющего вещества. Входит в состав поваренной соли и многих других веществ.
Натрий — мягкий и легкий металл, другая составная часть поваренной соли.
Можно сюда прибавить еще железо, медь, цинк, алюминий, свинец, ртуть, олово, серебро, золото — всем известные металлы, широко применяющиеся в различных производствах. Все они — химические элементы.
Из названных элементов и состоит огромное большинство веществ и вещей, окружающих нас в быту и в природе. Из них построены тела живой и неживой природы. В растениях и животных (а также в теле человека) находятся даже не все из этих веществ; наиболее сложные существующие в природе вещества состоят из очень немногих простых.
Сложное вещество состоит из соединения определенных химических элементов. Например, вода есть соединение водорода с кислородом, поваренная соль — соединение хлора с натрием, углекислый газ — соединение углерода с кислородом. Что это значит?
Возьмем поваренную соль. Ее свойства знакомы всякому. В чистом виде она образует белые (точнее говоря — почти прозрачные) кристаллы, имеющие соленый вкус, лишенные запаха, растворяющиеся в воде и т. д. А между тем хлор, который входит в ее состав, это — зеленый удушливый газ с сильным едким запахом; натрий — другая составная часть соли — легкий металл, тоже с виду непохожий на соль. Как ни рассматривай соль, как ни пробуй ее, — в ней не увидишь ни хлора, ни натрия. И никто бы не догадался, что соль состоит из этих веществ, если бы не было сделано многочисленных опытов, которые показали, что стоит соединить химически хлор с натрием, как образуется поваренная соль; при этом свойства хлора и натрия становятся незаметными, исчезают, а в то же время возникают новые свойства соли. Делали также и обратные опыты: некоторыми способами (например действием электрического тока) можно поваренную соль разложить на составляющие ее вещества, и тогда получатся отдельно хлор и натрий. При этом разложении соли ее свойства (например ее цвет, соленость, отсутствие запаха) исчезнут, а вместо нее появятся зеленый газ хлор и металлический натрий.
Совершенно то же можно сказать и относительно других приведенных примеров. Так, вода имеет свои всем известные свойства. Прежде всего она — жидкость при обычной температуре. Ho ее можно (электрическим током) разложить на составные части, т. е. на водород и кислород, и вместо жидкости появятся два газа: оба бесцветные, прозрачные, но один — очень легкий, другой — более тяжелый. Эти газы водород и кислород. Если взять эти газы, смешать их и через смесь пропустить электрическую искру, то оба газа со взрывом химически соединятся между собой, образуя воду. И в этом примере мы видим, что при химическом соединении свойства соединяющихся веществ исчезают, а вместо них появляются новые свойства того вещества, которое получается в результате соединения.
Значит, химическое соединение — это такое явление, при котором изменяются состав и свойства соединяющихся веществ.
Следует строго различать химическое соединение и простую смесь. Например, в воздухе, как мы уже знаем, находятся газы — кислород и азот, но оба эти газа сохраняют здесь все присущие им свойства. Это происходит потому, что они в воздухе не вступили в химическое соединение, а только перемешаны между собой. Можно также смешать кислород с водородом; смесь этих газов тоже будет газом, лишенным запаха и прозрачным. Здесь свойства обоих смешанных тазов еще сохраняются. Они будут сохраняться до тех пор, пока не произойдет химического соединения обоих газов в новое вещество — в воду.
Химические явления в природе очень разнообразны. В одних случаях происходит соединение между несколькими веществами, в других — разложение какого-нибудь сложного вещества на более простые. Бывают и иные химические явления. Химик в своей лаборатории может производить и соединения веществ в другие, более сложные и разложения сложных веществ на более простые. Соединение веществ носит название синтеза (слово «синтез» греческое и означает «составление», «соединение»); так, путем синтеза из водорода и кислорода получают воду, из хлора и натрия — поваренную соль и т. д. Определение состава веществ путем разложения их на более простые называется анализом (слово «анализ» тоже греческое и означает «разъединение», «разделение»). При изучении каких-либо веществ химики применяют оба способа: путем анализа они стараются узнать, из каких простых веществ построено данное соединение, а путем синтеза стараются получить это соединение искусственно из его составных частей.
Обычно синтез — гораздо труднее анализа, и до сих пор существует еще много веществ, которых химики не могут получить путем синтеза, хотя путем анализа они уже хорошо узнали их состав. К их числу принадлежат многие вещества, которые находятся в организмах в результате их жизнедеятельности. Все они содержат в своем составе элемент углерод. Поэтому углеродистые соединения называются также органическими соединениями.
В теле животных, растений и человека, кроме органических веществ, находятся также вещества неорганические. Для понимания того, как возникла жизнь на Земле, необходимо сказать несколько слов о химическом составе живых организмов.
Откуда берется вещество в теле животных? Из пищи. Растения питаются веществами, которые они извлекают из почвы и из воздуха. Одни из животных питаются животными (это — хищные звери; например волк поедает других, животных, слабейших), другие — растениями (например лошадь, корова, коза, овца и другие копытные; эти животные называются травоядными). Человек питается и животной и растительной пищей и считается поэтому всеядным. С пищей организм получает все то, из чего он состоит.
Химический анализ показал, что всякое живое тело состоит из воды, угля (углерода), различных газов, из некоторых металлов (например железа), солей и еще ряда других веществ. Эти наши слова могут показаться нелепыми. Ну, разве есть в нашем теле уголь и железо? В том-то и дело, что есть, хотя и не в своем обычном виде: ведь мы уже знаем, что простые вещества, образуя химическое соединение, изменяют свои свойства. В этом можно легко удостовериться.
Начнем с воды. Возьмем кусок мяса и взвесим его. Пусть он весит десять килограммов. Если мы его теперь хорошо высушим и потом снова взвесим, то увидим, что теперь он стал гораздо легче: в нем осталось всего три килограмма. Значит, на 10 частей его веса приходилось 7 частей воды. При высушиваний она исчезла, а мясо оттого сделалось гораздо легче. Да и с виду оно сильно изменилось; кусок уменьшился, сморщился, потерял цвет. Делая такого рода опыты, узнали, что не только в мясе, но и в других тканях тела, даже в костях, есть вода, хотя и меньше, чем в мясе. Точно так же вода составляет значительную долю и в растительных организмах.
